基于GIS近35年邢臺市大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃

孫晶?趙志楠?李迪?何凱

摘要 大風(fēng)災(zāi)害是我國發(fā)生率高、損失嚴(yán)重的氣象災(zāi)害，嚴(yán)重制約著我國國民經(jīng)濟發(fā)展，威脅人民生命財產(chǎn)安全。利用邢臺市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)、35年大風(fēng)氣象數(shù)據(jù)資料及近5年歷史災(zāi)情資料，運用ArcGIS強大的數(shù)據(jù)功能，建立邢臺大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估模型。通過全面分析和綜合評估數(shù)據(jù)，得到邢臺市大風(fēng)災(zāi)害綜合風(fēng)險區(qū)劃。

關(guān)鍵詞 大風(fēng)災(zāi)害;邢臺市;風(fēng)險區(qū)劃;ArcGIS技術(shù)

中圖分類號：P425.61 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）06–0082–03

我國大風(fēng)造成的氣象災(zāi)害非常嚴(yán)重，河北省是大風(fēng)災(zāi)害頻繁發(fā)生的地區(qū)之一，由大風(fēng)災(zāi)害造成經(jīng)濟損失和人員傷亡中，95%涉及農(nóng)村，研究大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃對薄弱地區(qū)災(zāi)害防御工作意義重大。一些學(xué)者在風(fēng)險評估研究中取得了很大進展，李蘭等[1]研究湖北省大風(fēng)災(zāi)害的影響因素，分析了大風(fēng)災(zāi)害發(fā)生頻率及人民財產(chǎn)損失等特征，用災(zāi)情中的受災(zāi)人口、成災(zāi)面積等評估指標(biāo)給出了大風(fēng)災(zāi)害的風(fēng)險級別;王春乙等[2]通過綜合分析農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險評估理論方法，歸納了研究中使用的指標(biāo)綜合評估方法、數(shù)據(jù)概率評估方法和情景模擬評估方法。

通過綜合考慮氣象條件、社會經(jīng)濟、人民生活、自然環(huán)境以及地形地貌等，研究了致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力，利用GIS技術(shù)建立氣象災(zāi)害風(fēng)險評估模型，對邢臺市大風(fēng)災(zāi)害進行綜合風(fēng)險區(qū)劃。

1 研究區(qū)域資料來源

1.1 研究區(qū)域概況

邢臺市位于河北省中南部，地處太行山脈和華北平原交匯處，地形自西向東由山地、丘陵、平原呈階梯狀分布。邢臺市土地利用類型復(fù)雜多樣，其中城市用地、耕地和農(nóng)村居民點用地占用比例較大。

1.2 數(shù)據(jù)來源

選取邢臺市1982—2016年國家站的大風(fēng)資料（選取日最大風(fēng)速6級及以上），邢臺市1：50 000分辨率的DEM數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃圖、土地利用分布圖，近5年邢臺市大風(fēng)災(zāi)情信息，2016年邢臺市統(tǒng)計年鑒社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)。

2 研究方法

根據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險理論，建立大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估模型：致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力，對邢臺市大風(fēng)災(zāi)害進行風(fēng)險評估。

2.1 大風(fēng)災(zāi)害評估價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化

大風(fēng)災(zāi)害的危險性、敏感性、易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力4個評估因子中，包含不同評估指標(biāo)，且不同評估指標(biāo)的單位和數(shù)量級不同，對不同評估指標(biāo)數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，方便各個評估之間的比較和計算。標(biāo)準(zhǔn)化公式如下：

公式中，Dij是j評估指標(biāo)第i個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，Aij是j評估指標(biāo)第i個指標(biāo)值，mini和maxi分別是第i個指標(biāo)值中的最小值和最大值。

2.2 大風(fēng)災(zāi)害綜合風(fēng)險評估模型構(gòu)建

加權(quán)綜合評價法是指綜合考慮各個因子對總體的影響程度，把各個具體的指標(biāo)作用綜合起來，用一個數(shù)量化指標(biāo)加以集中，表示整個評價對象的優(yōu)劣[3]。利用加權(quán)綜合評價法，計算致災(zāi)因子的危險性指數(shù)、孕災(zāi)環(huán)境的敏感性指數(shù)、承災(zāi)體的易損性指數(shù)和防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)：

公式中，Rj表示大風(fēng)災(zāi)害各個評價因子中評估指數(shù)的總和，i是不同評價因子，j是不同評價要素，n是評價因子個數(shù)，Wi是評價因子i的權(quán)重，Dij是評價因子i經(jīng)上述公式（1）（2）計算后的標(biāo)準(zhǔn)化值[4]。

綜合 4個大風(fēng)災(zāi)害的影響因子：致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力，建立邢臺市大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)評估模型：

其中：DRI是各災(zāi)種災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)，致災(zāi)因子危險性指數(shù)（H）、孕災(zāi)環(huán)境敏感性指數(shù)（S）、承災(zāi)體易損性指數(shù)（V）和防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)（C），Rk是指標(biāo)k量化后的值，wh、ws、wv、wc相應(yīng)地表示其權(quán)重，Wk為指標(biāo)k的權(quán)重。

2.3 ArcGIS空間分析方法

研究邢臺市大風(fēng)受災(zāi)風(fēng)險程度的差異規(guī)律，涉及大風(fēng)頻次、地形、土地利用、社會經(jīng)濟、自然環(huán)境等，空間分布差異大，利用ArcGIS軟件的強大空間分析和空間數(shù)據(jù)處理功能計算數(shù)據(jù)。

2.4 大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估指標(biāo)權(quán)重確定方法

權(quán)重是不同評價指標(biāo)對各個影響因子的相對重要程度，也是各個影響因子對大風(fēng)災(zāi)害的相對重要程度。結(jié)合邢臺市近幾年的災(zāi)情資料和Delphi法，對每個風(fēng)險評估指數(shù)賦予權(quán)重，危險性、敏感性、易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力的權(quán)重分別為0.4、0.3、0.2、0.1，建立如下權(quán)重體系（圖1）。

2.4.1 致災(zāi)因子危險性評估因子權(quán)重的確定 大風(fēng)發(fā)生的頻次是對致災(zāi)因子危險性影響最大的評估因子。大風(fēng)災(zāi)害的發(fā)生常常沒有規(guī)律性，尤其是局地大風(fēng)災(zāi)害的發(fā)生，但是統(tǒng)計大風(fēng)發(fā)生頻率可以直接看出大風(fēng)發(fā)生的地域性特點。大風(fēng)頻發(fā)地區(qū)相應(yīng)的致災(zāi)造成危險性的可能性較大，根據(jù)大風(fēng)發(fā)生頻次評估致災(zāi)因子危險性并進行等級分類。大風(fēng)災(zāi)害致災(zāi)因子危險性指數(shù)：

其中：M為致災(zāi)因子變異強度即大風(fēng)強度，P為致災(zāi)因子發(fā)生的頻率即大風(fēng)頻次。

2.4.2 孕災(zāi)環(huán)境敏感性評估因子權(quán)重的確定 孕災(zāi)環(huán)境是自然與人類社會彼此影響相互制約形成的，選取2個評估因子：高程和耕地面積。在大風(fēng)災(zāi)害中地形地貌的影響較大，如山區(qū)常常由于熱力原因產(chǎn)生大風(fēng)，特別是夏季，加上適當(dāng)?shù)乃麠l件會形成強對流天氣，導(dǎo)致超級單體下沉氣流合并形成災(zāi)害性大風(fēng);平原由于缺少丘陵、山地對大風(fēng)的阻擋和削弱，同時平原地區(qū)多為農(nóng)用地，大風(fēng)對農(nóng)作物的影響更加嚴(yán)重，容易成災(zāi)。征求專家組意見，兩個因子的權(quán)重系數(shù)均為0.5。

2.4.3 承災(zāi)體易損性評估因子權(quán)重的確定 承災(zāi)體易損性是指某地災(zāi)后的損失和毀壞程度，主要由當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境、城鎮(zhèn)及人口分布、土地利用類型等多種方面因素共同影響產(chǎn)生，選取土地利用類型和地均人口作為評估因子。

人口和財產(chǎn)集中的地區(qū)在大風(fēng)災(zāi)害影響時，造成的損失和形成災(zāi)害風(fēng)險較大。土地利用的不同類型導(dǎo)致大風(fēng)災(zāi)害易損性系數(shù)不同，邢臺市有6種不同的土地利用類型，根據(jù)層次分析法研究不同土地利用類型在大風(fēng)災(zāi)害下的易損性系數(shù)，與實際相結(jié)合分別確定影響系數(shù)（表1）。人口分布和土地利用對大風(fēng)災(zāi)害的影響是緊密相連的。經(jīng)研究討論，對地均人口和土地利用類型均取0.5的評價系數(shù)。

2.4.4 防災(zāi)減災(zāi)能力評價因子權(quán)重的確定 防災(zāi)減災(zāi)能力主要是指災(zāi)區(qū)的抗災(zāi)能力，包含防災(zāi)減災(zāi)設(shè)施、政府的決策指揮、社會組織的防御行動水平等。選取了最主要最直觀的影響因素，即人均GDP和設(shè)施農(nóng)面積。人均GDP越大，經(jīng)濟發(fā)展水平越高，災(zāi)前防御意識越強，災(zāi)后重建能力越強。同時，設(shè)施農(nóng)面積越大，防風(fēng)措施能力較強，能在一定程度上減少大風(fēng)災(zāi)害帶來的農(nóng)業(yè)損失。因此，經(jīng)征求專家組意見，對人均GDP和設(shè)施農(nóng)面積兩個因子的權(quán)重系數(shù)分別為0.6和0.4。

3 邢臺市大風(fēng)災(zāi)害綜合風(fēng)險區(qū)劃

3.1 致災(zāi)因子危險性區(qū)劃

根據(jù)邢臺市氣象資料，結(jié)合大風(fēng)歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計大風(fēng)頻次。由于大風(fēng)頻次高低和大風(fēng)災(zāi)害嚴(yán)重程度成正相關(guān)性，運用公式（1）將大風(fēng)頻次標(biāo)準(zhǔn)化，再使用公式（5）得到致災(zāi)因子危險性指數(shù)（H），然后運用ArcGIS中反距離權(quán)重法進行差值分析，用自然斷點分級法分為5個等級，得出邢臺市大風(fēng)致災(zāi)因子危險性區(qū)劃圖（圖2）。

將危險性指數(shù)由低到高劃分為5個等級：低危險性、較低危險性、中危險性、較高危險性和高危險性。其中，邢臺縣、內(nèi)丘、平鄉(xiāng)、廣宗處于高危險區(qū)內(nèi)，極易受到大風(fēng)災(zāi)害，可能造成的損失會最多;臨城、威縣、清河、沙河、任縣、柏鄉(xiāng)處于較高危險區(qū)和中等危險區(qū)。

3.2 孕災(zāi)環(huán)境敏感性區(qū)劃

地形分布對大風(fēng)產(chǎn)生的區(qū)域有極高的相關(guān)性，且有多方面的影響。利用邢臺地區(qū)高程和耕地數(shù)據(jù)進行空間運算，運用公式（1）得到標(biāo)準(zhǔn)化無量綱數(shù)據(jù)，根據(jù)圖1的權(quán)重分配，通過公式（3）計算敏感性指數(shù)，運用ArcGIS空間分析法對敏感性指數(shù)進行空間分析、劃分區(qū)劃等級，得出邢臺市大風(fēng)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性區(qū)劃圖（圖3）。

大風(fēng)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境的敏感性由低到高分為：低敏感性、較低敏感性、中敏感性、較高敏感性和高敏感性。臨城、柏鄉(xiāng)、南和和威縣位于中敏感性地區(qū)，任縣、巨鹿、新河和臨西位于較高敏感性區(qū)，寧晉、隆堯和南宮位于高敏感性區(qū)。政府應(yīng)高度重視該地區(qū)大風(fēng)災(zāi)害防御工作，在大范圍大風(fēng)天氣來臨時，盡量減少經(jīng)濟損失。

3.3 承災(zāi)體易損性區(qū)劃

承災(zāi)體易損性包括脆弱性和暴露度兩個方面。承災(zāi)主體的脆弱性即承災(zāi)能力和恢復(fù)能力綜合體現(xiàn)了承災(zāi)體的特點，承災(zāi)體的影響因子包括人類社會主體的各個方面。承災(zāi)體的暴露度指環(huán)境、人員、社會等方面在災(zāi)害的不利影響，災(zāi)害產(chǎn)生影響的最大程度。利用邢臺市各地區(qū)人口密度和土地利用類型系數(shù)，使用公式（1）對數(shù)據(jù)進行無量綱標(biāo)準(zhǔn)化，然后根據(jù)圖1的權(quán)重分配，通過公式（3）計算出易損性指數(shù)，通過ArcGIS空間分析得出圖4。

承災(zāi)體易損性被劃分為5個等級，邢臺西部地區(qū)多為丘陵山地，不適宜居住和生產(chǎn)生活，人口密度小且社會經(jīng)濟水平落后，下墊面突起阻擋大風(fēng)，一定程度上減弱風(fēng)力。邢臺中東部人口密度相對密集，城鎮(zhèn)分布集中，耕地面積較大，土地利用類型多為城市建設(shè)用地和農(nóng)用地。在同等大風(fēng)天氣發(fā)生的條件下，西部山區(qū)經(jīng)濟損失遠小于中東部地區(qū)。

3.4 防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)劃

防災(zāi)減災(zāi)能力評估是指評估災(zāi)前防御和災(zāi)后恢復(fù)的能力，以人均GDP和設(shè)施農(nóng)業(yè)面積2個指標(biāo)評估大風(fēng)災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)能力。利用公式（1）將數(shù)據(jù)無量綱化，根據(jù)對邢臺市歷史災(zāi)情的分析，得出災(zāi)后重建能力和大風(fēng)災(zāi)害防御兩部分的權(quán)重系數(shù);通過公式（3）計算出防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)，即防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)=人均GDP×0.6+設(shè)施農(nóng)面積×0.4。然后，采用自然斷點分級法對邢臺市的防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)劃劃分等級。寧晉、沙河為2個高防災(zāi)減災(zāi)能力中心，區(qū)劃等級縱向分布，由南北兩端逐向中部地區(qū)遞減（圖5）。

3.5 邢臺市大風(fēng)災(zāi)害綜合風(fēng)險區(qū)劃

根據(jù)邢臺市大風(fēng)災(zāi)害4個影響因子對災(zāi)害的影響力，利用Delphi法與實際相結(jié)合直接給予致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體、防災(zāi)減災(zāi)4個指標(biāo)的權(quán)重，分別為0.4、0.3、0.2、0.1。將4個災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)和權(quán)重代入風(fēng)險模型（4）中，運用ArcGIS技術(shù)進行空間疊加分析，利用自然斷電法劃分區(qū)劃等級，最后得出邢臺市大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖（圖6）。

從圖6可以看出，邢臺市50%以上地區(qū)大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險等級較高。邢臺市西北部和中南部地區(qū)都為高風(fēng)險區(qū)和較高風(fēng)險區(qū)，邢臺市轄區(qū)、南和、隆堯和新河相連的帶狀區(qū)域及臨西和個別地區(qū)屬于低風(fēng)險區(qū)和較低風(fēng)險區(qū)。風(fēng)險區(qū)呈離散的點狀分布區(qū)域多為城鎮(zhèn)或集中生活區(qū)。邢臺縣、平鄉(xiāng)、廣宗、內(nèi)丘屬高風(fēng)險區(qū)，臨城、任縣、巨鹿、寧晉、柏鄉(xiāng)、威縣、南宮等地區(qū)屬于較高危險區(qū)，大風(fēng)天氣集中，土地利用類型多為耕地，受到大風(fēng)災(zāi)害侵襲時，出現(xiàn)嚴(yán)重災(zāi)害的可能性大，政府應(yīng)重點關(guān)注這些風(fēng)險地區(qū)的災(zāi)害防御工作。

4 結(jié)論

（1）結(jié)合邢臺市民政部門災(zāi)情統(tǒng)計數(shù)據(jù)，邢臺市2014—2018年各地區(qū)受大風(fēng)災(zāi)害造成經(jīng)濟損失中，邢臺縣直接經(jīng)濟損失和農(nóng)業(yè)損失分布占總體的24%和23.8%。邢臺縣大部分地區(qū)，巨鹿、內(nèi)丘部分地區(qū)，廣宗、威縣、臨城個別地區(qū)大風(fēng)災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失較高。邢臺市大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃與邢臺市民政部門災(zāi)情數(shù)據(jù)顯示的情況基本一致，邢臺縣、巨鹿、內(nèi)丘、廣宗、威縣、寧晉等地區(qū)大風(fēng)災(zāi)害較嚴(yán)重，政府應(yīng)重點關(guān)注這些風(fēng)險地區(qū)的災(zāi)害防御工作，提高防御能力。

（2）氣象災(zāi)害系統(tǒng)理論構(gòu)建的大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估模型符合邢臺大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險客觀實際，選取的評價因子及對其分配的權(quán)重是符合氣象災(zāi)害系統(tǒng)理論的。

（3）通過分析與研究區(qū)土地利用，區(qū)分不同土地利用類型的影響系數(shù)，使大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃變得更精細，為精細化氣象服務(wù)及靶向提供防災(zāi)減災(zāi)措施具有重大指導(dǎo)意義。

參考文獻

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Abstract Gale disasters are disasters with a high incidence and serious losses in our country， which seriously restrict the development of our national economy and the safety of peoples lives and property. This paper uses Xingtai Citys basic geographic information data， socio-economic data， 35 years of gale weather data and recent 5 years of historical disaster data， and uses the powerful data functions of ArcGIS to establish a Xingtai gale disaster risk database and build a gale disaster risk assessment model. Analyze and comprehensively evaluate， and get the comprehensive risk zoning of gale disaster in Xingtai City.

Key words Gale disaster; Xingtai City; Risk zoning; ArcGIS technology